La diode en caoutchouc extensible ouvre des possibilités pour les appareils médicaux et électroniques

De gauche à droite : Hyunseok Shim, chercheur postdoctoral au Penn State Department of Engineering Science and Mechanics (ESM), Cunjiang Yu, Dorothy Quiggle Career Development Associate Professor of Engineering Science and Mechanics et professeur agrégé de génie biomédical et de science et ingénierie des matériaux, et Seonmin Jang, doctorant de Penn State en ESM, a développé une diode extensible entièrement caoutchouteuse qui maintient les performances. Crédit : Jeff Xu/État de Penn. Tous les droits sont réservés.

30 novembre 2022

Par Sarah Petit

UNIVERSITY PARK, Pennsylvanie — Si vous lisez cet article sur votre ordinateur ou votre téléphone, c'est en partie grâce aux diodes. Les diodes - généralement des composants électriques rigides qui conduisent facilement le courant électrique dans une direction - sont utilisées pour une variété de fonctions électroniques critiques, de la conversion du courant alternatif au courant continu et de la conversion de l'énergie mécanique en électrique pour servir de composant de commutation qui active les affichages numériques et plus encore. Les appareils électroniques, tels que la robotique ou les appareils médicaux, deviennent plus flexibles à mesure que la technologie progresse, de sorte que les chercheurs de Penn State ont développé une diode extensible entièrement caoutchouteuse qui maintient les performances.

L'équipe a publié ses résultats dans Science Advances.

"Cette diode est entièrement fabriquée à partir de matériaux en caoutchouc extensibles - cette stratégie en matière de matériaux en caoutchouc est la clé", a déclaré l'auteur correspondant Cunjiang Yu, Dorothy Quiggle Career Development Associate Professor of Engineering Science and Mechanics et professeur agrégé de génie biomédical et de science et ingénierie des matériaux. Son groupe a déjà développé d'autres matériaux électroniques caoutchouteux, tels que des transistors. "En créant une diode caoutchouteuse, nous avons enrichi notre bibliothèque d'électronique caoutchouteuse afin que nous puissions nous rapprocher de la fabrication de circuits et de systèmes électriques intégrés entièrement à partir de matériaux caoutchouteux."

Des dispositifs plus flexibles peuvent se comporter davantage comme des tissus biologiques, permettant de meilleurs dispositifs bio-intégrés, selon Yu. Un exemple peut être un dispositif de patch souple qui pourrait être implanté sur le cœur.

"Un battement de cœur générera des signaux électriques", a-t-il déclaré. "Avec une diode caoutchouteuse, un appareil pourrait convertir le courant alternatif en courant continu dans le corps, ce qui n'est actuellement pas possible."

Pour obtenir de telles performances électriques tout en étant étiré mécaniquement, a déclaré Yu, les chercheurs ont pris en compte de manière rationnelle l'architecture de l'appareil, les structures verticales et la disposition. En plus des avantages pour des dispositifs médicaux plus flexibles, le développement a également des implications pour les systèmes de gestion de l'alimentation de ces dispositifs médicaux vers des systèmes autonomes.

"L'énergie récupérée des moissonneuses doit toujours être rectifiée avant que l'énergie ne soit stockée pour être utilisée - et c'est important dans de nombreux domaines émergents", a déclaré Yu.

Yu a donné l'exemple quotidien des baskets lumineuses, qui contiennent un récupérateur d'énergie piézoélectrique pour convertir l'énergie mécanique - une étape - en énergie électrique pour allumer les LED. Un circuit redresseur convertit l'électricité CA récoltée en courant CC utile.

"Les chercheurs et l'industrie utilisent des diodes conventionnelles, mais ils veulent quelque chose qui puisse être étiré, comme ce que nous rapportons dans l'article", a-t-il déclaré. "De telles diodes caoutchouteuses ouvrent de nombreuses possibilités."

Yu a déclaré que les prochaines étapes consistent à optimiser davantage la diode et à l'intégrer dans des systèmes plus complexes.

"Nous cherchons à améliorer les architectures et les performances des diodes et à obtenir des opérations non perturbées, même dans de très grandes étendues d'étirement ou de déformation mécaniques", a-t-il déclaré. "Nous voulons utiliser ces diodes pour répondre aux besoins critiques des appareils dans diverses applications émergentes telles que la robotique et les appareils biomédicaux."

Seonmin Jang et Hyunseok Shim, tous deux du Département des sciences de l'ingénieur et de la mécanique de Penn State, sont également les auteurs de cet article. L'Office of Naval Research et la National Science Foundation ont financé cette recherche.

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